电弧离子镀沉积Al(Cr)-O-N扩散阻挡层的研究

采用电弧离子镀方法在高温合金DSM11基材上沉积Al-O-N和Cr-O-N薄膜，研究了不同O2，N2流量对薄膜相结构的影响以及高温下DSM11／NiCoCrAlY，DSM11／Al-O-N／NiCoCrAlY和DSM11／Cr-O-N／NiCoCrAlY体系的元素互扩散行为。实验结果表明，Al(Cr)-O-N薄膜均为多晶膜，分别具有α-Al2O3 六方AlN和Cr2O3 CrN的相结构，随着N2，O2流量的改变，两相的相对含量发生变化。在1050℃下氧化100h后，Al-O-N层阻挡基体与涂层间元素互扩散的作用优于Cr-O-N层。扩散阻挡层对涂层的氧化动力学影响不大。     

Cr-O-N扩散阻挡层对NicrAlY涂层结合性能的影响

采用电弧离子镀技术制备了不同成分的Cr-O-N薄膜作为NiCrAlY涂层与高温合金基材DSM11之间的扩散阻挡层.研究了不同O2和N2流量对Cr-O-N薄膜的相含量的影响及对NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11体系薄膜结合强度的影响.实验结果表明,Cr-O-N是由Cr2O3和CrN组成的多晶膜,两相的相对含量随O2和N2流量改变而发生变化.扩散阻挡层抑制元素扩散的同时降低了NiCrAlY涂层与基体间的结合强度,且随着阻挡层中氧含量的增加结合强度逐渐下降.适当的氧含量可以使NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11涂层体系具有良好的结合强度和抗元素扩散能力.     

The adhesive behaviour of NiCrAlY coatings with Cr-O-N diffusion barriers

采用电弧离子镀技术制备了不同成分的Cr-O-N薄膜作为NiCrAlY涂层与高温合 金基材DSM11之间的扩散阻挡层. 研究了不同O2和N2流量对Cr-O-N薄膜的相含量的影响及 对NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11体系薄膜结合强度的影响. 实验结果表明,Cr-O-N是 由Cr2O3和CrN组成的多晶膜, 两相的相对含量随O2和N2流量改变而发生变化. 扩散阻挡 层抑制元素扩散的同时降低了NiCrAlY涂层与基体间的结合强度, 且随着阻挡层中氧含量 的增加结合强度逐渐下降. 适当的氧含量可以使NiCrAlY/Cr-O-N/DSM11涂层体系具有良 好的结合强度和抗元素扩散能力.     

电弧离子镀基体沉积温度计算

较详细地考察了电弧离子镀时影响基体沉积温度的因素及影响程度,应用能量平衡原理建立了计算基体沉积温度的数学模型。采用该计算模型分析了基体材质、形状与电弧离子镀膜工艺参数改变时基体温度的变化,经实验验证,模型计算与实验数据基本吻合。     

脉冲偏压电弧离子镀沉积温度的计算

针对脉冲偏压电弧离子镀技术，分析了影响基体沉积温度的各项因素及其影响程度．在直流偏压电弧离_子镀沉积温度计算模型的基础上，在偏压输出波形为近方波的相对规范形状的条件下，将脉冲离子轰击输入能量功率等效成直流输入功率与占空比的乘积，再基于能量平衡原理建立脉冲偏压电弧离子镀基体沉积温度的理论计算模型，最后用实测的沉积温度对计算模型进行检验，在-1000—0V的偏压范围内，理论与实验得到了好的吻合。     

电弧离子镀沉积磁性薄膜的研究

研究了电弧离子镀磁性靶材使用过程中发生"跑弧"并导致靶材无法稳定刻蚀的问题.利用有限元方法(FEM)对外加磁场下非磁性靶材系统和磁性靶材系统中的磁场分布进行了模拟.研究了外磁场对电弧斑点运动的影响机理,并结合电弧斑点放电的物理机制,探讨了磁性靶材与低饱和蒸气压金属靶壳、绝缘陶瓷靶壳或软磁性金属靶壳组成复合结构靶材解决磁性靶材使用问题的可行性.结果表明,这3种复合结构靶材设计方案均能有效解决电弧离子镀磁性靶材"跑弧"问题.通过实验得到,在低饱和蒸气压金属或绝缘陶瓷靶壳设计方案里,靶材频繁引弧到弧斑能受控运动的转变温度为(136.6±23.0)℃.     

Zr-Si-N扩散阻挡层及其热稳定性的研究

用反应磁控溅射法在不同偏压下沉积了Zr-Si-N扩散阻挡层,结果表明:Zr-Si-N膜的Si含量、电阻率随偏压的升高而降低;Zr-Si-N膜的晶体相随溅射偏压的升高而增加;Zr-Si-N扩散阻挡层的热稳定性高,在850℃时仍能有效阻挡Cu的扩散.     

电弧离子镀沉积NiCrAlY涂层的阻尼性能

本文采用电弧离子镀沉积NiCrAlY涂层,探讨NiCrAlY涂层作为阻尼涂层的可行性并研究涂层的阻尼测试方法和阻尼特性。本文采用X射线衍射和扫描电镜等手段分别对涂层的物相结构、表面形貌以及化学成分进行了测试表征。而涂层阻尼的测试则采用动态机械分析仪和正弦扫频的方法进行,实验结果表明NiCrAlY涂层能明显提高样品的阻尼性能。     

电弧离子镀沉积TiAlN膜层的微观特性

采用高纯铝、钛双靶源在TC11基材上沉积制备了TiAlN膜层,并分析研究了膜层微观特性.结果表明:沉积的TiAlN膜层厚2～3 μm,膜层结构致密;可明显地观察到膜基界面处Ti、Al和N三种元素呈梯度分布,存在元素扩散,使膜层与基体间形成冶金结合;膜层沉积过程中钛靶电流对相结构有明显的影响,而基体偏压对相结构无明显影响.     

钛表面电弧离子镀沉积钯膜层的研究

利用电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度试验机等分析手段，对采用焊接复合式靶材，在钛表面沉积出的钯膜层进行分析研究。结果表明：钯膜层具有电弧离子镀典型特征，膜层的厚度为1,2-2μm，膜层致密。提高膜层的沉积温度使膜层与基体之间生成Ti4Pd相。膜层的表面硬度约为2GPa，在膜层与基体之间由于生成了Ti4Pd相，硬度增加到2．8GPa。     

脉冲偏压电弧离子镀C-N-Cr薄膜的成分、结构与性能

用脉冲偏压电弧离子镀设备在保持偏压一致和工作气压恒定的条件下,控制不同氮(N)流量,在硬质合金基体上制备了不同成分的C-N-Cr薄膜.用SEM,XPS,GIXRD,激光Raman谱和纳米压入等方法分别研究了薄膜的表面形貌、成分、结构与性能.结果表明,随着N流量增加,薄膜中N含量先是线性增加然后趋于平缓,Cr含量先是基本保持不变然后线性减少.在N流量不超过20 mL/min时,薄膜保持较高的硬度(＞30 GPa)与弹性模量(＞500 GPa);当N流量超过20 mL/min时,薄膜硬度与弹性模量急剧下降,在N流量为100 mL/min时硬度与弹性模量仅为13.6与190.8 GPa.     

电弧离子镀(Ti,Al)N复合薄膜的结构和性能研究

利用电弧离子镀设备在1Cr11Ni2W2MoV不锈钢基体表面沉积了不同成分的（Ti1-xAlx)N薄膜;X射线衍射分析表明,x在0－0．5之间时,薄膜是Bl型（NaCl)单相结构;x=0.64时,同时出现B1和B4型（ZnS)两种相结构,x≥0.79时,只出现B4型结构;随着Al含量的增加,晶格常数减小,B1结构的薄膜择优取向由（111）向（220）转变。力学性能测试表明,适当Al含量可以提高薄膜的硬度、膜基结合强度及抗磨损性能;B1结构（Ti,Al)N薄膜的氧化实验表明,随着Al含量的增加,薄膜抗氧化性能显著提高。     

离子束辅助轰击对电弧离子镀沉积TiAlN膜层的影响

采用俄罗斯UVN 0.5D2I离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在高速钢W18Cr4V基材上沉积TiAlN膜层;利用N离子束对膜层沉积之前的预处理和膜层沉积时的辅助轰击,并用SEM、X射线衍射和力学测试等手段研究了N离子束轰击对膜层表面形貌、相结构、显微硬度影响.结果表明:N离子束的预处理在基材表面形成了一定厚度N的过渡层;N离子束对膜层的辅助轰击,明显地降低了膜层表面"大颗粒"的密度,改善了膜层的表面形貌;同时,形成了由过渡层成分与膜层成分动态混合的扩散层;无N离子轰击时,TiAlN膜层是由(TiAl)N相和Ti2AlN相组成;轰击能量为7.5 keV时,TiAlN膜层也是由(TiAl)N相和Ti2AlN相组成,但(TiAl)N(111)取向减弱,而(200)和(220)取向均增强;Ti2AlN(211)及(301)取向均减弱.N离子束辅助轰击,使膜层的显微硬度由原来的21 GPa提高到25.3 GPa.     

脉冲偏压对电弧离子镀Ti/TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响

采用脉冲偏压电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积Ti／TiN纳米多层薄膜,采用正交实验法设计脉冲偏压电参数,考察脉冲偏压对Ti／TiN纳米多层薄膜显微硬度的影响．结果表明,在所有偏压参数（脉冲偏压幅值、占空比和频率）和几何参数（调制周期和周期比）中,脉冲偏压幅值是影响显微硬度的最主要因素;当沉积工艺中脉冲偏压幅值为900V、占空比为50％及频率为30kHZ时,薄膜硬度可高达34．1GPa,此时多层膜调制周期为84nm,TiN和Ti单元层厚度分别为71和13nm;由于薄膜中的单层厚度较厚,纳米尺寸的强化效应并未充分体现于薄膜硬度的贡献中,硬度的提高主要与脉冲偏压工艺,尤其是脉冲偏压幅值对薄膜组织的改善有关．     

COMPOSITION, MICROSTRUCTURE AND PROPERTIES OF C–N–Cr FILMS DEPOSITED BY PULSED BIAS ARC ION PLATING

用脉冲偏压电弧离子镀设备在保持偏压一致和工作气压恒定的条件下, 控制不同氮(N)流量,在硬质合金基体上制备了不同成分的C--N--Cr薄膜. 用SEM, XPS, GIXRD, 激光Raman谱和纳米压入等方法分别研究了薄膜的表面形貌、成分、结构与性能. 结果表明, 随着N流量增加, 薄膜中N含量先是线性增加然后趋于平缓, Cr含量先是基本保持不变然后线性减少. 在N流量不超过20 mL/min时,薄膜保持较高的硬度(>30 GPa)与弹性模量(>500 GPa); 当N流量超过20 mL/min时, 薄膜硬度与弹性模量急剧下降, 在N流量为100 mL/min时硬度与弹性模量仅为13.6与190.8 GPa.     

STUDY ON HIGH TEMPERATURE PERFORMANCES OF MCrAlX COATINGS DEPOSITED BY MULTI ARC ION PLATING

１．ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＧａｓｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅｓｈａｖｅｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｉｎｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓｕｓｅｄｉｎｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｓｍａｙｂｅｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏａｒａｎｇｅｏｆｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｄｅｐｅｎｄｉｎｇｕｐｏｎｔｈｅｉｒｌｏｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｕｎｉｔ．…     

脉冲偏压电弧离子低温沉积TiN硬质薄膜的力学性能

利用直流和脉冲偏压电弧离子镀技术沉积TiN硬质薄膜,研究了不同偏压下基体的沉积温度、薄膜的表面形貌及力学性能．结果表明,与直流偏压相比,脉冲偏压可以明显降低基体的沉积温度,大大减少薄膜表面的大颗粒污染,改善表面形貌,而薄膜的综合力学性能仍保持良好,说明利用脉冲偏压技术是实现电弧离子镀低温沉积的有效途径．     

偏压对电弧离子镀薄膜表面形貌的影响机理

在不同偏压下用电弧离子镀沉积TiN薄膜,采用扫描电子显微镜(sEM)观察薄膜表面大颗粒污染情况,并分析偏压对大颗粒的影响．结果表明,偏压对大颗粒的影响主要来自电场的排斥作用．直流偏压下,等离子体鞘层基本稳定,电子对大颗粒表面充电能力很弱,而脉冲偏压下,由于鞘层厚度不断变化,大颗粒不断进出于鞘层,电子对大颗粒表面的充电能力强,使其所带负电荷明显增多,受到基体的排斥力变大,大颗粒不易沉积到基体而使薄膜形貌得到有效改善．     

STRUCTURE, MECHANICAL PROPERTIES AND THERMAL STABILITY OF DIAMOND-LIKE CARBON FILMS PREPARED BY ARC ION PLATING

Diamond-like Carbon (DLC) films have been prepared on Si(lO0) substrates by arc ion plating in conjunction with pulse bias voltage under He atmosphere. The deposited films have been characterized by scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The results show that the surface of the film is smooth and dense without any cracks, and the surface roughness is low. The bonding characteristic of the films has been studied by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Raman spectroscopy. It shows the sp^3 bond content of the film deposited at -200V is 26. 7%. The hardness and elastic modulus of the film determined by nanoindentation technique are 30.8 and 250.1GPa, respectively. The tribological characteristic of the films reveals that they have low friction coefficient and good wear-resistance. After deposition, the films have been annealed in the range of 350-700℃ for 1h in vacuum to investigate the thermal stability. Raman spectra indicate that the ID/IG ratio and G peak position have few detectable changes below 500℃. Further increasing the annealing temperature, the hydrogen can be released, the structure rearranges, and the phase transition of sp^3 configured carbon to sp^2 configured carbon appears.